JP6519477B2 - 漏洩位置算出装置、漏洩位置算出方法、コンピュータ読み取り可能な記録媒体、振動算出装置、及び演算装置 - Google Patents

漏洩位置算出装置、漏洩位置算出方法、コンピュータ読み取り可能な記録媒体、振動算出装置、及び演算装置 Download PDF

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Description

本発明は、漏洩位置算出装置、漏洩位置算出方法、コンピュータ読み取り可能な記録媒体、振動算出装置、及び演算装置に関する。
水道管やガス管は地中に埋められているため、漏洩が生じていることを発見しにくい。これに対して、特許文献1には、配管に複数の圧力センサを設置し、これら圧力センサの検出結果を管理センタの装置に送信することが記載されている。管理センタの装置は、送信されてきた検出結果を処理することにより、漏洩箇所を検知する。
また特許文献2には、配管に、複数の振動センサをこの配管の延在方向に互いに離して取り付け、これら振動センサの検出結果に基づいて漏洩位置を特定することが記載されている。
特開平9−23483号公報 特開2005−134300号公報
水道管やガス管の総延長は長いため、これらの配管に取り付けられる振動検出装置の数は非常に多くなる。このため、振動検出装置のコストを低くすることが望まれる。一般的に、複数の振動センサをこの配管の延在方向に互いに離して取り付けた場合、これらの振動センサを同期させないと、漏洩位置を特定することは難しい。しかし、複数の振動センサを同期させる機能にはコストがかかる。
本発明の主たる目的は、複数の振動検出装置の検出結果を用いて配管の漏洩位置を検出する装置において、製造コストを低くすることにある。
本発明の一態様によれば、配管に、当該配管が延在する方向に互いに離間して取り付けられる第1振動検出手段及び第2振動検出手段と、
前記第1振動検出手段の測定結果を処理することにより、前記配管の第1振動成分を示す振動の検出タイミングと、前記配管の第2振動成分を示す振動の検出タイミングとの時間差Δt1を算出する第1時間差算出手段と、
前記第2振動検出手段の測定結果を処理することにより、前記配管の前記第1振動成分を示す振動の検出タイミングと、前記配管の前記第2振動成分を示す振動の検出タイミングとの時間差Δt2を算出する第2時間差算出手段と、
前記時間差Δt1、前記時間差Δt2、及び前記第1振動検出手段と前記第2振動検出手段の間隔lを用いて、前記配管の漏洩位置を算出する漏洩位置算出手段と、
を備える漏洩位置算出装置が提供される。
本発明の一態様によれば、配管に取り付けられた第1振動検出手段の測定結果を処理することにより、前記配管の第1振動成分を示す振動の検出タイミングと、前記配管の第2振動成分を示す振動の検出タイミングとの時間差Δt1を算出し、
前記配管が延在する方向に前記第1振動検出手段から離間して前記配管に取り付けられた第2振動検出手段の測定結果を処理することにより、前記配管の前記第1振動成分を示す振動の検出タイミングと、前記配管の前記第2振動成分を示す振動の検出タイミングとの時間差Δt2を算出し、
前記時間差Δt1、前記時間差Δt2、及び前記第1振動検出手段と前記第2振動検出手段の間隔lを用いて、前記配管の漏洩位置を算出する、漏洩位置算出方法が提供される。
本発明の一態様によれば、漏洩位置算出手段を備え、
前記漏洩位置算出手段は、
配管に取り付けられた第1振動検出手段の測定結果に基づいて生成された、前記配管の第1振動成分を示す振動の検出タイミングと、前記配管の第2振動成分を示す振動の検出タイミングとの時間差Δt1を受信するとともに、
前記配管が延在する方向に前記第1振動検出手段から離間して前記配管に取り付けられた第2振動検出手段の測定結果に基づいて生成された、前記配管の前記第1振動成分を示す振動の検出タイミングと、前記配管の前記第2振動成分を示す振動の検出タイミングとの時間差Δt2を受信し、
前記時間差Δt1、前記時間差Δt2、及び前記第1振動検出手段と前記第2振動検出手段の間隔lを用いて、前記配管の漏洩位置を算出する漏洩位置算出装置が提供される。
本発明の一態様によれば、コンピュータに、
配管に取り付けられた第1振動検出手段の測定結果に基づいて生成された、前記配管の第1振動成分を示す振動の検出タイミングと、前記配管の第2振動成分を示す振動の検出タイミングとの時間差Δt1を受信する機能と、
前記配管が延在する方向に前記第1振動検出手段から離間して前記配管に取り付けられた第2振動検出手段の測定結果に基づいて生成された、前記配管の前記第1振動成分を示す振動の検出タイミングと、前記配管の前記第2振動成分を示す振動の検出タイミングとの時間差Δt2を受信する機能と、
前記時間差Δt1、前記時間差Δt2、及び前記第1振動検出手段と前記第2振動検出手段の間隔lを用いて、前記配管の漏洩位置を算出する機能と、
を持たせるプログラム又は当該プログラムを格納したコンピュータ読み取り可能な記録媒体が提供される。
本発明の一態様によれば、配管に取り付けられる振動検出手段と、
前記振動検出手段の測定結果を処理することにより、前記配管の第1振動成分を示す振動の検出タイミングと、前記配管の第2振動成分を示す振動の検出タイミングとの時間差Δtを算出し、前記時間差Δtを外部に送信する時間差算出手段と、
を備える振動算出装置が提供される。
本発明の一態様によれば、コンピュータに、
配管に取り付けられた振動検出手段の測定結果を処理することにより、前記配管の第1振動成分を示す振動の検出タイミングと、前記配管の第2振動成分を示す振動の検出タイミングとの時間差Δtを算出し、前記時間差Δtを外部に送信する機能を持たせるプログラム又は当該プログラムを格納したコンピュータ読み取り可能な記録媒体が提供される。
本発明によれば、複数の振動検出装置の検出結果を用いて配管の漏洩位置を検出する装置において、製造コストを低くすることができる。
本発明の第1の実施形態に係る漏洩位置算出装置の機能構成を示すブロック図である。 漏洩位置算出部が行う処理の原理を説明するための図である。 漏洩位置算出装置の動作の一例を示すフローチャートである。 本発明の第2の実施形態に係る漏洩位置算出装置の機能構成を示すブロック図である。 本発明の第3の実施形態に係る漏洩位置算出装置の機能構成を示すブロック図である。 本発明の各実施形態に係る漏洩位置算出装置を実現可能な情報処理装置の構成の一例を示す図である。
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
なお、以下に示す説明において、漏洩位置算出装置10の各構成要素は、ハードウエア単位の構成ではなく、機能単位のブロックを示している。漏洩位置算出装置10の各構成要素は、例えば図6に示すような情報処理装置200によって実現される。情報処理200は、例えば以下の構成を含む。
・CPU(Central Processing Unit)201、
・ROM(Read Only Memory)202、
・RAM(Ramdom Access Memory)203、
・RAMにロードされるプログラム204、
・プログラムを格納する記憶装置205、
・記憶媒体206の読み書きを行うドライブ装置207、
・ネットワーク209と接続する通信インタフェイス208、
・データの入出力を行う入出力インタフェイス210、
・各構成要素を接続するバス211、
そして、漏洩位置算出装置100に含まれる各構成要素の実現方法、装置には様々な変形例がある。
(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態に係る漏洩位置算出装置10の機能構成を示すブロック図である。本実施形態に係る漏洩位置算出装置10は、第1振動検出部112、第2振動検出部122、第1時間差算出部114、第2時間差算出部124、及び漏洩位置算出部130を備えている。第1振動検出部112及び第2振動検出部122は、配管Pに、配管Pが延在する方向(図中x方向)に互いに離間して取り付けられる。なお、第1振動検出部112及び第2振動検出部122は、配管Pを伝搬する振動を検知可能であれば、配管Pに直接取り付けられなくてもよい。第1振動検出部112及び第2振動検出部122は、例えば配管Pに付随して設けられる消火栓や止水栓(不図示)など、配管Pを伝搬する振動を検知可能な任意の場所に取付けられる。第1振動検出部112及び第2振動検出部122の具体的な実現手段は後述する。第1時間差算出部114は、第1振動検出部112の測定結果を処理することにより、配管Pの第1振動成分を示す振動の検出タイミングと、配管Pの第2振動成分を示す振動の検出タイミングとの時間差Δt1を算出する。第2時間差算出部124は、第2振動検出部122の測定結果を処理することにより、配管Pの第1振動成分を示す振動の検出タイミングと、配管Pの第2振動成分を示す振動の検出タイミングとの時間差Δt2を算出する。そして、漏洩位置算出部130は、時間差Δt1、Δt2、及び第1振動検出部112と第2振動検出部122の間隔lを用いて、配管Pの漏洩位置を算出する。
本実施形態において、配管Pの第1振動成分と、配管Pの第2振動成分とは、例えば互いに異なる振動成分である。本実施形態において、振動成分が異なる、とは、例えば振動モードが異なる場合を意味する。振動モードが異なる場合には、例えば、振動の種類が異なる場合と、共振モードが異なる場合の双方がある。振動の種類が異なる場合、第1振動成分及び第2振動成分は、例えば縦振動モード、曲げ振動モード、及びねじり振動モードのいずれかである。例えば第1振動モードは縦振動モードであり、第2振動モードは曲げ振動モードである。また、共振モードが異なる場合、第1振動モードは、配管Pのm次共振モード(mは正数)であり、第2振動モードは、配管Pのn次共振モード(nは正数かつn>m)である。以下、第1振動成分を第1振動モードと記載し、第2振動成分を第2振動モードと記載する。
同一の媒体(例えば配管P)を振動が伝播する場合、第1振動モードの振動の伝播速度と、第2振動モードの振動の伝播速度は、互いに異なる。このため、振動の検出位置が異なる場合、第1振動モードを示す振動の検出タイミングと、第2振動モードを示す振動の検出タイミングとの時間差(例えば時間差Δt1、Δt2)には、漏洩位置からの距離に起因した差が生じる。このため、第1振動検出部112の検出信号と第1時間差算出部114の検出信号を同期させなくても、時間差Δt1、Δt2、及び間隔lを用いることで、配管Pにおける漏洩位置を算出することができる。以下、詳細に説明する。
配管Pは、液体や気体などの流体を流すための配管であり、例えば上水道管、下水道管、又はオイルのパイプラインを構成する配管である。ただし、配管Pは、これらに限定されない。
第1振動検出部112は、例えば加速度センサ、速度センサ、変位センサ等である。第1振動検出部112は、例えば圧電素子と、この圧電素子に生じる起電力を増幅する増幅回路を有している。
第1振動検出部112は、非接触型の振動検出器、例えば、レーザドップラー振動計等であってもよい。第1振動検出部112が非接触型の振動検出器である場合には、第1振動検出部112を配管Pに設置できないような場合であっても、第1の実施形態に示した効果を得ることができる。上述した第1振動検出部112を配管Pに設置できないような場合とは、例えば、配管Pの表面の凹凸が大きい場合、配管Pが高温または低温である場合、配管Pが小さい場合などがある。また、第1振動検出部112を取り付けると配管Pの共振状態が変化する場合においても、第1振動検出部112が非接触型の振動検出器にすると、第1振動検出部112の存在が振動の検出結果に影響を与えることを抑制できる。上述した第1振動検出部112を取り付けると配管Pの共振状態が変化する場合とは、例えば分析対象の配管Pが軽い場合、柔らかい場合などがある。
なお、第2振動検出部122も、第1振動検出部112と同様の構成を有している。ただし、第1振動検出部112と第2振動検出部122は、互いに異なる原理で配管Pの振動を検出してもよい。
第1時間差算出部114は、第1振動検出部112の測定結果を処理することにより、配管Pの第1振動モードを示す振動のピークとなるタイミングを検出し、かつ、配管Pの第2振動モードを示す振動がピークになるタイミングを検出する。そして、第1時間差算出部114は、2つのタイミングの時間差を、第1振動モードの検出タイミングと第2振動モードの振動の検出タイミングとの時間差Δt1として算出する。
第2時間差算出部124は、第1時間差算出部114と同様の処理を行うことにより、第1振動モードを示す振動がピークとなるタイミングと、第2振動モードを示す振動がピークとなるタイミングの差を、第1振動モードの検出タイミングと第2振動モードの振動の検出タイミングとの時間差Δt2として算出する。
漏洩位置算出部130は、時間差Δt1、Δt2、及び第1振動検出部112と第1時間差算出部114の間隔lを用いて、配管Pの漏洩位置を算出する。漏洩位置算出部130は、例えば以下の(1)式を用いて、第1振動検出部112から漏洩位置LPまでの距離L(図2参照)を算出する。
Figure 0006519477
なお、式(1)は、以下のようにして導出される(図2参照)。配管Pにおける第1振動モードの振動の伝播速度をc1として、配管Pにおける第2振動モードの振動の伝播速度をc2とする。
漏洩位置LPで第1振動モード及び第2振動モードを含む振動が発生してから、第1振動検出部112が第1振動モードの振動を検出するまでの時間をt11とすると、伝播速度c1は以下の(2)式で示される。また、漏洩位置LPで振動が発生してから、第1振動検出部112が第2振動モードの振動を検出するまでの時間をt21とすると、伝播速度c2は以下の(3)式で示される。
c1=L/t11・・・(2)
c2=L/t21・・・(3)
このため、時間差Δt1は、以下の(4)式で示される。
Δt1=L(1/c1―1/c2)・・・(4)
同様に、漏洩位置LPで第1振動モード及び第2振動モードを含む振動が発生してから、第1時間差算出部114が第1振動モードの振動を検出するまでの時間をt12とすると、伝播速度c1は以下の(5)式で示される。また、漏洩位置LPで振動が発生してから、第1振動検出部112が第2振動モードの振動を検出するまでの時間をt22とすると、伝播速度c2は以下の(6)式で示される。
c1=(l−L)/t12・・・(5)
c2=(l−L)/t22・・・(6)
このため、時間差Δt2は、以下の(7)式で示される。
Δt2=(l−L)×(1/c1―1/c2)・・・(7)
そして、(4)式及び(7)式をLについて整理すると、上記した(1)式が導出される。
なお、本実施形態において、配管Pの第1及び第2振動成分の相違は、上述した振動モードが異なる場合に限られない。すなわち、配管Pを振動が伝搬する場合の伝搬速度が異なる任意の二つの振動成分(例えば周波数帯域が異なる振動成分)を、それぞれ配管Pの第1及び第2振動成分とすることができる。
本実施形態において、第1振動検出部112及び第1時間差算出部114は、第1振動測定装置110の一部であり、第2振動検出部122及び第2時間差算出部124は第2振動測定装置120の一部である。第1振動測定装置110は、第1振動測定装置110を配管Pに固定するための固定手段(例えば磁石)を有している。第2振動測定装置120についても同様である。
そして、漏洩位置算出部130は、外部装置140の一部である。外部装置140は、第1振動測定装置110及び第2振動測定装置120とは異なる場所に設置されており、例えば無線通信網などの公衆通信網を介して、第1振動測定装置110及び第2振動測定装置120と接続している。外部装置140は、複数組の第1振動測定装置110及び第2振動測定装置120と接続していてもよい。
なお、漏洩位置算出装置10は、第1振動検出部112と第1時間差算出部114を同期させる手段を有していない。このため、漏洩位置算出装置10の製造コストを低くすることができる。
図3は、漏洩位置算出装置10の動作の一例を示すフローチャートである。配管Pに漏洩が生じると、その漏洩に起因して、漏洩位置LPを起点とした振動が生じる。この振動には、さまざまな振動成分(振動モード)が含まれている。
そして、第1振動測定装置110の第1振動検出部112が振動を検知すると、第1時間差算出部114は、時間差Δt1を算出する(ステップS10)。そして第1時間差算出部114は、算出した時間差Δt1を、漏洩位置算出部130に送信する(ステップS20)。
同様に、第2振動測定装置120の第2振動検出部122が振動を検知すると、第2時間差算出部124は、時間差Δt2を算出する(ステップS10)。そして第2時間差算出部124は、算出した時間差Δt2を、漏洩位置算出部130に送信する(ステップS20)。
そして漏洩位置算出部130は、第1振動測定装置110及び第2振動測定装置120から受信したデータを、例えば上記した(1)式に従って処理を行うことにより、配管Pにおける漏洩位置LPを算出する(ステップS30)。
以上、本実施形態によれば、漏洩位置算出装置10は、第1振動検出部112の検出信号と第1時間差算出部114の検出信号を同期させなくても、時間差Δt1、Δt2、及び間隔lを用いることで、配管Pにおける漏洩位置を算出することができる。
なお、本実施形態において、第1振動測定装置110が漏洩位置算出部130を有していてもよい。この場合、第2振動測定装置120は、第1振動測定装置110と通信する手段を有している。そして第2時間差算出部124は、この通信手段を介して漏洩位置算出部130に時間差Δt2を送信する。
(第2の実施形態)
図4は、第2の実施形態に係る漏洩位置算出装置10の機能構成を示すブロック図である。本実施形態に係る漏洩位置算出装置10は、帯域制限部116、126を有している点を除いて、第1の実施形態に係る漏洩位置算出装置10と同様の構成である。
帯域制限部116は第1振動測定装置110の中に設けられており、帯域制限部126は第2振動測定装置120の中に設けられている。本実施形態において、第1振動モード及び第2振動モードは、互いに異なる共振モード(m次共振モード及びn次共振モード)である。そして帯域制限部116は、第1振動検出部112の検出結果から、m次共振モードの振動を取り出すとともに、n次共振モードの振動を取り出す。帯域制限部126は、第2振動検出部122の検出結果から、m次共振モードの振動を取り出すとともに、n次共振モードの振動を取り出す。そして、帯域制限部116は、フィルタリング後のデータを第1時間差算出部114に出力し、帯域制限部126は、フィルタリング後のデータを第2時間差算出部124に出力する。帯域制限部116、126は、例えばデジタルフィルタであるが、互いに並列に設けられた2つのアナログフィルタから構成されていてもよい。
本実施形態によっても、第1の実施形態と同様の効果が得られる。さらに、帯域制限部116及び帯域制限部126を有しているため、第1時間差算出部114及び第2時間差算出部124は、容易に時間差Δt1、Δt2を算出することができる。
なお、本実施形態においても、第1振動測定装置110が漏洩位置算出部130を有していてもよい。
(第3の実施形態)
図5は、第3の実施形態に係る漏洩位置算出装置10の機能構成を示すブロック図である。本実施形態に係る漏洩位置算出装置10は、以下の点を除いて、第1の実施形態に係る漏洩位置算出装置10と同様の構成である。
まず、第1振動測定装置110は第1時間差算出部114を有しておらず、第2振動測定装置120も第2時間差算出部124を有していない。その代わり、外部装置140は、時間差算出部132を有している。時間差算出部132は、第1時間差算出部114及び第2時間差算出部124と同様の機能を有している。漏洩位置算出部130は、時間差算出部132が算出した時間差Δt1、Δt2、及び第1振動検出部112と第1時間差算出部114の間隔lを用いて、配管Pの漏洩位置を算出する。
本実施形態によっても、第1の実施形態と同様の効果が得られる。
なお、第2の実施形態に係る漏洩位置算出装置10を、本実施形態と同様の構成にしてもよい。この場合、帯域制限部116、126は、第1振動測定装置110及び第2振動測定装置120に設けられていてもよいし、外部装置140に設けられていてもよい。後者の場合、外部装置140は、帯域制限部を一つのみ有していればよい。
以上、実施形態(及び実施例)を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態(及び実施例)に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
この出願は、2013年11月08日に出願された日本出願特願2013−232015を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
10 漏洩位置算出装置
110 第1振動測定装置
112 第1振動検出部
114 第1時間差算出部
116 帯域制限部
120 第2振動測定装置
122 第2振動検出部
124 第2時間差算出部
126 帯域制限部
130 漏洩位置算出部
132 時間差算出部
140 外部装置(漏洩位置算出装置)

Claims (9)

  1. 配管に、当該配管が延在する方向に互いに離間して取り付けられる第1振動検出手段及び第2振動検出手段と、
    前記第1振動検出手段の測定結果を処理することにより、前記配管の第1振動成分を示す振動の検出タイミングと、前記配管の第2振動成分を示す振動の検出タイミングとの時間差Δt1を算出する第1時間差算出手段と、
    前記第2振動検出手段の測定結果を処理することにより、前記配管の前記第1振動成分を示す振動の検出タイミングと、前記配管の前記第2振動成分を示す振動の検出タイミングとの時間差Δt2を算出する第2時間差算出手段と、
    前記時間差Δt1、前記時間差Δt2、及び前記第1振動検出手段と前記第2振動検出手段の間隔lを用いて、前記配管の漏洩位置を算出する漏洩位置算出手段と、
    を備える漏洩位置算出装置。
  2. 請求項1に記載の漏洩位置算出装置において、
    前記第1振動成分は、前記配管のm次共振モード(mは正数)であり、
    前記第2振動成分は、前記配管のn次共振モード(n>m)である漏洩位置算出装置。
  3. 請求項2に記載の漏洩位置算出装置において、
    前記第1時間差算出手段及び前記第2時間差算出手段は、前記m次共振モードの振動を取り出すとともに、前記n次共振モードの振動を取り出す帯域制限手段を有する漏洩位置算出装置。
  4. 請求項1に記載の漏洩位置算出装置において、
    前記第1振動成分は縦振動モードであり、
    前記第2振動成分は曲げ振動モードである漏洩位置算出装置。
  5. 請求項1から4のいずれか一項に記載の漏洩位置算出装置において、
    前記漏洩位置算出手段は、以下の(1)式に基づいて、前記第1振動検出手段から漏洩位置までの距離Lを算出する漏洩位置算出装置。
    Figure 0006519477
  6. 請求項1から5のいずれか一項に記載の漏洩位置算出装置において、
    前記第1振動検出手段と前記第2振動検出手段を同期させる手段を有していない漏洩位置算出装置。
  7. 配管に取り付けられた第1振動検出手段の測定結果を処理することにより、前記配管の第1振動成分を示す振動の検出タイミングと、前記配管の第2振動成分を示す振動の検出タイミングとの時間差Δt1を算出し、
    前記配管が延在する方向に前記第1振動検出手段から離間して前記配管に取り付けられた第2振動検出手段の測定結果を処理することにより、前記配管の前記第1振動成分を示す振動の検出タイミングと、前記配管の前記第2振動成分を示す振動の検出タイミングとの時間差Δt2を算出し、
    前記時間差Δt1、前記時間差Δt2、及び前記第1振動検出手段と前記第2振動検出手段の間隔lを用いて、前記配管の漏洩位置を算出する、漏洩位置算出方法。
  8. 配管に取り付けられた第1振動検出手段の測定結果に基づいて生成された、前記配管の第1振動成分を示す振動の検出タイミングと、前記配管の第2振動成分を示す振動の検出タイミングとの時間差Δt1を受信するとともに、
    前記配管が延在する方向に前記第1振動検出手段から離間して前記配管に取り付けられた第2振動検出手段の測定結果に基づいて生成された、前記配管の前記第1振動成分を示す振動の検出タイミングと、前記配管の前記第2振動成分を示す振動の検出タイミングとの時間差Δt2を受信し、
    前記時間差Δt1、前記時間差Δt2、及び前記第1振動検出手段と前記第2振動検出手段の間隔lを用いて、前記配管の漏洩位置を算出する演算装置。
  9. コンピュータに、
    配管に取り付けられた第1振動検出手段の測定結果に基づいて生成された、前記配管の第1振動成分を示す振動の検出タイミングと、前記配管の第2振動成分を示す振動の検出タイミングとの時間差Δt1を受信する機能と、
    前記配管が延在する方向に前記第1振動検出手段から離間して前記配管に取り付けられた第2振動検出手段の測定結果に基づいて生成された、前記配管の前記第1振動成分を示す振動の検出タイミングと、前記配管の前記第2振動成分を示す振動の検出タイミングとの時間差Δt2を受信する機能と、
    前記時間差Δt1、前記時間差Δt2、及び前記第1振動検出手段と前記第2振動検出手段の間隔lを用いて、前記配管の漏洩位置を算出する機能と、
    を持たせるプログラム。
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